傳感器在礦井中的應用

　　本文介紹了一種基于QM-N5氣敏傳感器檢測礦井瓦斯濃度測量的方法。氣敏傳感器QM-N5是以金屬氧化物SO2為主體材料的N型半導體氣敏元件，它靈敏度高、響應速度快、輸出信號大、穩定可靠;在(5± 0.5)V交直流電源下工作，使用方便，所需外圍元器件少;可用于檢測甲烷、酒精、氫氣、硫化氫等多種氣體。

　　設計方案如圖1所示。它包括傳感器及外圍電路、555定時器電路、顯示報警電路等3部分。傳感器及外圍電路封裝于小型屏蔽容器內，固定于礦井墻壁上。QM-N5氣敏傳感器采集礦井中氣體的濃度，并輸出相應的電壓信號;經555定時器電路轉變成數字信號，經溫濕度補償電路的判斷與處理，如果是外界環境溫濕度的變化引起阻值變化，繼續掃描外界環境氣體的濃度，并將氣體濃度的值顯示于LED。當超過安全范圍時給出報警，提醒礦井中的工作人員迅速撤離，并即時通風換氣。

　　2 傳感器及外圍電路的設計

　　方案擬采用以金屬氧化物SO2為主體材料的N型半導體QM-N5作為氣敏傳感器。該器件以555定時器電路的復位端進行觸發。

　　2.1 QM-N5的主要技術指標

　　工作電壓AC或DC(5±0.5)V;回路電壓最大DC24 V;負載電阻2 kΩ;清潔空氣中電阻小于等于4 000 kΩ;靈敏度大于等于4(1 000 ppm C4H10);響應時間小于等于10 s;恢復時間小于等于30 s;檢測范圍為50～10 000ppm。

　　2.2 QM-N5的測試電路

　　QM-N5是檢測C4H10濃度的測量系統。它有兩個電極，一是工作電極Vh，二是回路電極Vc。R為電位器，調節QM-N5氣體傳感器AB之間電阻的大小。Vout為輸出信號電壓?；緶y試電路如圖2所示。

　　2.3 QM-N5使用注意事項

　　元件開始通電工作時，沒有接觸可燃性氣體，其電導率急劇增加1 min后達到穩定，這時方可正常使用;加熱電壓的改變會直接影響元件的性能，所以在規定的電壓范圍內使用為佳;使用溫度-15～+35℃;相對濕度45%～75%RH;大氣壓力80～106 kPa;為避免腐蝕性氣體及油污染，長期使用，需防止堵塞防爆不銹鋼網。

　　2.4 555定時器電路

　　555定時器電路是一塊介于模擬與數字電路的一種混合電路。圖3為555的內部電路，可以看出，有2個比較器，1個觸發器，1個倒相器，1個晶體管和若干電阻構成。兩個比較器組成模擬電路，觸發器為數字電路。

　　555為8腳封裝的器件。其中，1腳(GND)為接地腳;2腳(TL)為低電平觸發端;3腳(Q)為電路的輸出端;4腳為復位端，低電平有效;5腳(V-C)為電壓控制端;6腳(TH)為閾值輸入端;7腳(DIS)為放電端;8腳(VCC)為電源電壓端，其電壓范圍3～18V。